用過時的處理器征服火星

我們不需要世界上最強大的微處理器來征服宇宙。真正的秘訣是充分利用設(shè)備的運行特性，即使它有點過時并且沒有出色的性能。讓我們看看毅力號火星車是如何安然無恙地降落在火星上的。

離火星更近的人類

經(jīng)過數(shù)百萬公里后，美國宇航局的毅力號火星車終于于 2021 年 2 月 18 日降落在火星表面。我們可以將這一事件視為一項歷史性任務(wù)，因為盡管距離遙遠(yuǎn)，但宇宙條件惡劣且硬件薄弱，這是一個人類設(shè)備已經(jīng)順利抵達紅色星球。請記住，光平均在大約 12 分鐘內(nèi)傳播相同的距離。因此，收集的無線電信號、圖像和信息需要相同的時間。對于這個“不可能”的任務(wù)，NASA 使用了搭載在蘋果 iMac G3 計算機上的處理器，該計算機具有 1997 年的架構(gòu)，計算頻率僅為 200 MHz，RAM 內(nèi)存為 256 MB。它甚至不是同一個商業(yè)系列中最快的處理器之一。

為什么技術(shù)這么低？

選擇背后總是有原因的。飛機的設(shè)計者更關(guān)心機載計算機的可靠性和穩(wěn)健性，而不是計算能力。一個簡單的智能手機要快得多。火星任務(wù)需要CPU始終工作。輻射轟擊會嚴(yán)重而容易地?fù)p壞現(xiàn)代處理器的電子設(shè)備。另一方面，G3 的處理器不會被輻射破壞，并且能夠承受強烈的輻射和溫度。在地球上，處理器的速度可以顯著提高而不會出現(xiàn)任何問題。電、熱、大氣和磁條件非常舒適，地球大氣層用堅固的防護罩保護我們。然而，在宇宙中，情況卻大不相同。能量在 100 MeV 和 1 GeV 之間的巨大能量輻射的存在可能會改變電路的功能，單個電離粒子對處理器的影響足以造成計算錯誤甚至破壞。

緩慢但可靠的處理器

按照現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)，流動站中使用的芯片速度較慢，但符合所有可靠性測試。即使長時間暴露在輻射下也不會損害其功能。顯然，具有 200 MHz 速度的 G3 在當(dāng)今時鐘頻率超過 3 GHz 的微處理器面前消失了，然而，說“緩慢而穩(wěn)定贏得比賽”是恰當(dāng)?shù)?。高可靠性是處理器的最大特點，即使在關(guān)鍵條件下也是如此。這是一個特制的抗輻射版本。它可以在 -55°C 到 +125°C（-67°F 到 +257°F）的溫度下運行，火星的大氣非常寒冷。它也很薄，導(dǎo)致各種輻射穿透。RAD750 可以安全地承受這些條件。對航天器的要求非常關(guān)鍵。節(jié)省幾毫米的空間或幾克的重量是一個基本因素。內(nèi)存非常低，只有 2 GB 的閃存，256 MB 的工作 RAM 和 256 KB 的 EEPROM。該處理器“僅”有 1040 萬個晶體管，比當(dāng)今的智能手機少 1000 倍。流動站有兩個大腦，其中一個在第一個處理器出現(xiàn)問題時啟動。

傳感器

恒心漫游車配備慣性測量系統(tǒng) (IMU)，可提供有關(guān)其位置的 3 軸信息，以執(zhí)行精確的垂直、水平和橫向運動。連接到計算機的傳感器記錄許多參數(shù)，例如溫度、電壓、太陽能電池的儲能和功率，以保持所有運行條件穩(wěn)定。有了這些數(shù)據(jù)，就可以控制對探索新環(huán)境有用的信息交換操作、快照和其他命令。

結(jié)論

這不是第一次使用這種類型的處理器。地球被一百多顆衛(wèi)星中的 RAD750 設(shè)備所包圍，到目前為止，沒有一顆發(fā)生故障。今天，我們使用具有非凡計算能力的便攜式設(shè)備（筆記本電腦、智能手機等）?？梢怨芾淼母叨汝P(guān)鍵的太空任務(wù)可以用更少的資源進行管理。
審核編輯：郭婷